Estudio-raman-de-ferritas-nanoestructuradas-de-cobalto-niquel-y-cobre-CoFe2O4-NiFe2O4-y-CuFe2O4

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
FACULTAD DE QUÍMICA 
 
ESTUDIO RAMAN DE FERRITAS 
NANOESTRUCTURADAS DE COBALTO, 
NÍQUEL Y COBRE 
(CoFe2O4, NiFe2O4 y CuFe2O4) 
 
TESIS PARA OBTENER EL TITULO DE 
QUÍMICO 
 
PRESENTA 
 
Agustín Octavio Aguirre Colorado Luna 
 
 CIUDAD DE MÉXICO AÑO 2017 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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2 
 
JURADO ASIGNADO: 
 
PRESIDENTE: DRA. CLAUDIA PAOLA GÓMEZ TAGLE 
VOCAL: DR. MARCO FLORES ÁLAMO 
SECRETARIO: DRA. AMÉRICA ROSALBA VÁZQUEZ OLMOS 
1er. SUPLENTE: DRA. TANIA ADRIANA GARCÍA MEJÍA 
2° SUPLENTE: Q. ALAN ULISES MENDIETA MARTÍNEZ 
 
Sitio donde se desarrolló el tema: 
Laboratorio de materiales y nanotecnología del Centro de Ciencias 
Aplicadas y Desarrollo Tecnológico (CCADET), Universidad Nacional 
Autónoma de México. 
 
 
 
Asesor del tema: Dra. América Rosalba Vázquez Olmos 
 
 
Sustentante: Agustín Octavio Aguirre Colorado Luna 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
ÍNDICE 
1. Resumen .......................................................................................................... 6 
2. Antecedentes .................................................................................................. 7 
2.1 Nanopartículas ............................................................................................. 7 
2.2 Ferritas ......................................................................................................... 9 
2.3 Síntesis de ferritas nanoestructuradas ................................................... 11 
2.4 Espectroscopía Raman ............................................................................. 17 
3. Objetivos ....................................................................................................... 21 
4. Hipótesis ........................................................................................................ 21 
5. Procedimiento Experimental ....................................................................... 21 
5.1 Reactivos empleados en la síntesis de las ferritas ................................ 22 
5.2 Equipos empleados en la caracterización............................................... 22 
5.3 Síntesis de la ferrita de cobalto, CoFe2O4 ............................................... 23 
5.4 Síntesis de la ferrita de níquel, NiFe2O4. .................................................. 24 
5.5 Síntesis de la ferrita de cobre, CuFe2O4. ................................................. 25 
6. Resultados y Discusion ............................................................................... 26 
6.1 Caracterización .......................................................................................... 26 
6.1.1 Difracción de Rayos X ........................................................................... 26 
6.1.2 Caracterización por espectroscopía de absorción electrónica 
(Ultravioleta-Visible)………………………………………………… ……………….29 
6.1.3 Caracterización por espectroscopía infrarroja (IR) ............................. 30 
6.1.4 Caracterización magnética .................................................................... 31 
6.1.5 Espectroscopia Raman 33 
6.1.5.1 Estudio Raman a diferentes temperaturas 36 
7. Conclusiones ................................................................................................... 39 
8. Referencias bibliográficas ........................................................................... 41 
9. Apéndices ...................................................................................................... 43 
9.1 Tarjetas cristalográficas empleadas 
en la caracterización de las ferritas 43 
9.2 Valores de 2 para todos los compuestos obtenidos 46 
 
4 
 
Índice de Tablas y Figuras 
Tabla 1. Métodos de síntesis empleados en la obtención de ferrita de cobalto .... 15 
Tabla 2. Métodos de síntesis empleados en la obtención de ferrita de níquel ..... 16 
Tabla 3. Métodos de síntesis empleados en la obtención de ferrita de cobre ...... 17 
Tabla 4. Diámetros calculados para las ferritas nanoestructuradas. ..................... 28 
Tabla 5. Modos vibracionales de las ferritas de cobalto, níquel y cobre. .............. 34 
Tabla 6. Valores absolutos de la diferencia de las posiciones de la señal Raman 
en cm-1, con simetría A1g de las diferentes ferritas en el intervalo de temperatura 
de 20 a -190 °C ..................................................................................................... 38 
Tabla 7. Radios Iónicos efectivos ......................................................................... 39 
 
Figura 1. Representación del aumento de la relación S/V al disminuir el tamaño .. 8 
Figura 2. Escala de dimensiones[3] ......................................................................... 8 
Figura 3. Curvas de Histéresis características de un imán suave (izquierda) y un 
imán duro (derecha)[7]. .......................................................................................... 10 
Figura 4. Representación de la celda unitaria de las espinelas de (a) NiFe2O4, 
espinela inversa y (b) ZnFeO4, espinela normal[8] ................................................. 10 
Figura 5. Celda Unitaria de la espinela[9] .............................................................. 10 
Figura 6. Subunidades que componen la celda unitaria de la espinela[9] ............. 11 
Figura 7. Representación esquemática de los procesos de obtención de 
nanopartículas. ...................................................................................................... 11 
Figura 8. Chandrasekhara Raman[27] ................................................................... 18 
Figura 9 Diagrama energético en el que las líneas horizontales representan 
distintos estados vibracionales y en el que se muestran las transiciones entre 
estados energéticos para diferentes interacciones de luz[26] ................................. 19 
Figura 10. Ferrita de cobalto, CoFe2O4 ................................................................ 24 
Figura 11. Ferrita de níquel, NiFe2O4 ................................................................... 24 
Figura 12. Ferrita de cobre, CuFe2O4 .................................................................. 25 
Figura 13. Patrón de DRX en polvo de la ferrita CoFe2O4, obtenida .................... 26 
Figura 14. Patrón de DRX en polvo de NiFe2O4, obtenida .................................... 27 
Figura 15. Patrón de DRX en polvos de CuFe2O4 obtenida.................................. 27 
Figura 16. Espectros de absorción UV-Vis de las ferritas de ............................... 29 
Figura 17. Espectros de Infrarrojo de las ferritas de Co, Ni y Cu. ......................... 30 
Figura 18. Curva de histéresis de la ferrita de cobalto ......................................... 31 
Figura 19. Curva de histéresis de la ferrita de níquel ........................................... 32 
Figura 20. Curva de histéresis de la ferrita de cobre ............................................ 32 
Figura 21. Raman de las Ferritas de Ni, Cu y Co ................................................33 
Figura 22. Espectro Raman de las nanopartículas de ferrita de cobalto .............. 35 
Figura 23. Espectros Raman de las nanopartículas de ferrita de cobre ............... 36 
Figura 24. Señal Raman con simetría A1g y su comportamiento en función de la 
temperatura ........................................................................................................... 37 
Figura 25. Simetría cúbica y tetragonal ................................................................ 39 
5 
 
Figura 26 Ficha cristalográfica # 221086 correspondiente a la ferrita de cobalto 
CoFe2O4 ................................................................................................................ 43 
Figura 27 Ficha cristalográfica #742081 correspondiente a la ferrita de níquel 
NiFe2O4 ................................................................................................................. 43 
Figura 28 Ficha cristalográfica # 770010 correspondiente a la ferrita de cobre 
CuFe2O4 ................................................................................................................ 44 
Figura 29 Ficha cristalográfica #731701 correspondiente a espinela de cobalto 
Co3O4 .................................................................................................................... 44 
Figura 30 Ficha cristalográfica # correspondiente al oxido cúprico o tenorita CuO
 .............................................................................................................................. 45 
 
Lista de abreviaturas 
UV-Visible: Ultravioleta- Visible 
IR: Infrarrojo 
DRX: Difracción de rayos X 
°C: grados Celsius 
nm: Nanómetros 
S/V: superficie/volumen 
Å: Armstrong 
Td: Tetraédrico 
Oh: Octaédrico 
Acac: Acetilacetonato de hierro 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 
1. Resumen 
 
Los óxidos metálicos forman una serie de compuestos cuyo entendimiento 
representa un reto científico único y da lugar a una gran variedad de aplicaciones. 
En particular los óxidos mixtos de hierro que tiene una fórmula mínima AFe2O4 se 
conocen como ferritas. Las ferritas tipo espinela son materiales magnéticos 
suaves y poseen una amplia gama de aplicaciones. Actualmente se considera que 
las ferritas nanoestructuradas son materiales clave para el avance en la 
electrónica, almacenamiento magnético, tecnología en ferrofluidos, optoelectrónica 
y en el desarrollo de algunas aplicaciones biológicas. 
En esta tesis se presenta en primer lugar, la síntesis y caracterización de las 
ferritas de cobalto (CoFe2O4), níquel (NiFe2O4) y cobre (CuFe2O4) obtenidas por 
un método libre de disolventes. Los diámetros promedio de las ferritas 
nanoestructuras de cobalto, níquel y cobre fueron de 41.7 nm, 11.8 nm y 16.7 nm, 
respectivamente y se determinaron a partir de sus patrones de difracción de rayos-
X. Las ferritas obtenidas fueron caracterizadas por espectroscopía IR, 
espectroscopía de absorción electrónica UV-Visible y se obtuvieron sus curvas de 
histéresis magnética, observándose un comportamiento ferrimagnético para todas 
las ferritas. La segunda parte de esta tesis consistió en llevar a cabo un estudio 
detallado por espectroscopía Raman, en un intervalo de temperaturas de -190 a 
25 °C, con el fin de estudiar la influencia de la temperatura en la estabilidad de la 
estructura de dichas ferritas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
2. Antecedentes 
 
2.1 Nanopartículas 
 
Los nanomateriales son materiales (sean cerámicos, metales, semiconductores, 
polímeros, o bien, una combinación de éstos), en donde al menos una de sus tres 
dimensiones se encuentra en el intervalo de 1 a 100 nm. Éstos, se encuentran en 
un estado intermedio entre las moléculas y los materiales con dimensiones de 
sólido volumétrico. Los nanomateriales, debido a su tamaño de unos cuantos 
nanómetros, presentan propiedades que difieren de los materiales con la misma 
composición química, pero con dimensiones de sólido volumétrico.[1] 
En los materiales nanoestructurados, los electrones más externos experimentan 
efectos de confinamiento, esto genera que sus propiedades físicas y químicas se 
modifiquen drásticamente conforme disminuye el tamaño de partícula. El efecto de 
la disminución del tamaño de partícula se refleja en el desplazamiento de los 
máximos de las bandas de los espectros de absorción y emisión hacia regiones de 
mayor energía, la disminución considerable de los puntos de fusión, propiedades 
catalíticas superiores y aumento de la solubilidad, lo que conduce a que sus 
propiedades electrónicas, magnéticas y ópticas se modifiquen drásticamente. Los 
materiales nanoestructurados actualmente tienen aplicaciones en áreas tan 
diversas como la catálisis, la conversión de energía solar, el almacenamiento de 
información magnética, en electrónica, en hipertermia magnética y como 
microbicidas. 
Los sistemas nanoestructurados, se caracterizan por su gran relación 
superficie/volumen (S/V), también conocida como superficie específica. A medida 
que las partículas disminuyen su tamaño, esta relación crece exponencialmente. 
Por ejemplo, si consideramos un cubo de un sistema cristalino, con dimensiones 
de L en cada arista y un volumen inicial de L3 y lo dividimos en ocho cubos, cada 
cubo tendrá un valor de L/2 de arista. Si cada uno de estos cubos los dividimos 
nuevamente en 8, formaremos 64 cubos con aristas de L/4 y su superficie estará 
dada por L2 en cada cara. De tal manera que la superficie total resultará de la 
8 
 
suma de la superficie de cada cubo. Para el cubo original la relación S/V será 6/L, 
al ser dividido entre ocho aumentará a 12/L, como resultado del número de caras 
nuevas expuestas a la superficie, y así sucesivamente. Ver figura 1. 
 
Figura 1. Representación del aumento de la relación S/V al disminuir el tamaño 
 
A medida que se reduce el tamaño, se incrementa la energía de la superficie y su 
tendencia a combinarse; los átomos de la superficie son termodinámicamente 
metaestables o inestables y tienden a ser más reactivos ya que presentan 
valencias insaturadas. Además, en los nanomateriales se observa una 
cuantización de los niveles de energía de los electrones más externos.[2] En la 
figura 2 se presenta una escala de dimensiones que va desde 1 Å hasta 10 
micrómetros en la que se puede observar la región en que se ubican los 
materiales nanoestructurados. 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Escala de dimensiones[3] 
9 
 
2.2 Ferritas 
 
El hierro, con símbolo atómico Fe, es un elemento metálico bastante reactivo. Se 
conocen 4 óxidos de hierro, las principales fases son: FeO (wüstita), α-Fe2O3 
(hematita), γ-Fe2O3 (magemita) y Fe3O4 (magnetita). En general, los óxidos de 
hierro conocidos como ferritas pueden clasificarse dependiendo de su estructura 
cristalina en: ferritas cúbicas tipo espinela, tipo granate y ferritas hexagonales. 
El término espinela data de la antigüedad y originalmente se refería a las gemas 
rojas empleadas en joyería. La espinela es un mineral compuesto por oxígeno, 
aluminio y magnesio, MgAl2O4. Se considera que el origen del nombre puede 
derivar del latín spina, que significa “pequeña lanza”, en referencia a las formas 
agudas de los cristales. Existen referencias bibliográficas sobre la espinela en el 
siglo XVI. Otros compuestos tipo espinela ya eran conocidas en la antigüedad. En 
concreto la magnetita (Fe3O4), conocida como lodysshestone (S.XV) que significa 
“piedra guía” y era empleada por los marinos para magnetizar los instrumentos de 
navegación. La mayoría de las ferritas tipo espinela son materiales magnéticos 
suaves (figura 3); es decir, sus ciclos de histéresis son muy angostos y su 
permeabilidad magnética es muy alta. Además, poseen constantes de anisotropía 
magnetocristalina pequeñas y negativas. Las ferritas tipo espinela se representan 
con la formula general A-Fe2O4, donde A es un ion metálico divalente y los iones 
Fe3+ se encuentranen posiciones octaédricas como se muestra en las figuras 4-6. 
Por otro lado, en una espinela inversa la distribución normal de cationes trivalentes 
se encuentran en las posiciones tetraédricas, mientras que las posiciones 
octaédricas están ocupadas por aniones divalentes y trivalentes en un arreglo 
[B]Td[A,B]OhO4 ,(A catión divalente, B catión trivalente)[4] en donde el oxígeno forma 
una red cúbica centrada en la cara, los corchetes en la fórmula, denotan los sitios 
octaédricos (32 espacios), el resto ocupa sitios tetraédricos (64 espacios)[5] en las 
figuras 4 y 5 podemos observar la representación de la celda unitaria de una 
espinela normal . 
Las ferritas tipo espinela poseen un gran potencial para muchas aplicaciones ya 
que son relativamente inertes y sus propiedades pueden ser controladas y 
10 
 
definidas por manipulación química. Las nanopartículas formadas por ferritas tipo 
espinela, son materiales clave para el avance en la electrónica, almacenamiento 
magnético, tecnología en ferrofluidos, optoelectrónica y en algunas aplicaciones 
biológicas.[6] 
 
Figura 3. Curvas de Histéresis características de un imán suave (izquierda) y un 
imán duro (derecha)[7]. 
 
 
Figura 4. Representación de la celda unitaria de las espinelas de (a) NiFe2O4, 
espinela inversa y (b) ZnFeO4, espinela normal[8] 
 
Figura 5. Celda Unitaria de la espinela[9] 
 
 
11 
 
 
Figura 6. Subunidades que componen la celda unitaria de la espinela[9] 
2.3 Síntesis de ferritas nanoestructuradas 
 
En general existen dos aproximaciones para la generación de materiales 
nanoestructurados conocidas como top-down y bottom-up (figura 7). La primera 
como su nombre lo indica, es la fragmentación por métodos físicos, de objetos 
macroscópicos para obtener sistemas nanoestructurados. Mientras que la 
segunda se refiere al ensamblado ó auto ensamblado de bloques atómicos o 
moleculares para construir objetos nanométricos. 
 
Figura 7. Representación esquemática de los procesos de obtención de 
nanopartículas. 
 
Algunos métodos de síntesis más empleados en la obtención de ferritas 
nanoestructuradas son: el sol-gel, el coloidal, métodos de química suave, síntesis 
electroquímica, método hidrotérmico y el método mecanoquímico. Éste último se 
empleó para la obtención de las nanoestructuras, objeto de estudio de este trabajo 
de tesis. 
 
 bottom-up top-down 
12 
 
El método mecanoquímico se refiere a las reacciones químicas que involucran 
reactivos en cualquier estado de agregación, pero comúnmente se usa para 
reacciones sólido-sólido. En este método de síntesis, la energía necesaria para 
llevar a cabo una reacción involucra un proceso ó tratamiento mecánico[10]. Por 
otro lado, la activación mecanoquímica consistente básicamente, en la molienda 
enérgica y continua de los reactivos de partida, llevando a cabo un tratamiento 
térmico posterior para obtener el producto deseado. Este método se ha empleado 
en los últimos años para sintetizar materiales a partir de reactivos en estado 
sólido, que a temperaturas habituales de trabajo no muestran la reactividad 
necesaria para su formación, o bien, para la preparación de compuestos que en 
condiciones normales de presión y temperatura, son metaestables o no pueden 
ser obtenidos por métodos de síntesis convencionales. Se ha comprobado que la 
activación mecanoquímica de sólidos cambia su reactividad, debido a la 
acumulación de defectos en situación de no-equilibrio, lo cual repercute en la 
disminución de las energías de activación, lo que promueve que se lleven a cabo 
algunas reacciones químicas. La acción mecánica que se ejerce sobre los 
reactivos permite llevar a cabo una verdadera reacción química (mecanosíntesis) 
que permite obtener nuevos compuestos, con dimensiones nanométricas. En 
general, la energía mecánica que se aporta a los reactivos en estado sólido puede 
acumularse en la deformación plástica de los cristales, produciendo defectos 
cristalinos, que, en consecuencia, producen regiones de especial reactividad 
química que facilitan el desarrollo de los procesos en fase sólida. Según el sistema 
y las condiciones de la molienda, pueden producirse reacciones en fase sólida 
durante el tratamiento mecánico a temperatura ambiente y/o pueden generarse 
cambios estructurales, reduciéndose la temperatura necesaria para que se lleven 
a cabo ciertas reacciones[11]. Las principales ventajas de este método de síntesis 
son las siguientes: 
• Químicas: Estabilización de fases que por otros métodos resultarían 
metaestables, reacciones químicamente limpias. Separación del material 
más sencilla. 
13 
 
• Físicas: Es posible obtener compuestos con un tamaño de partícula 
controlado. 
• Económicas: Al no emplear disolventes durante la obtención de los 
materiales, se reducen los costos. Como el proceso se lleva a cabo a 
temperatura ambiente, se tiene un gran ahorro energético. 
• Ambientales: Al ser un método libre de disolventes se reduce de manera 
importante el impacto ambiental. 
Durante los últimos años la activación mecanoquímica ha sido utilizada como una 
técnica para la preparación de aleaciones metálicas, compuestos intermetálicos, 
composito, materiales nanoestructurados y materiales amorfos. En la literatura se 
informa que los materiales obtenidos por este método alcanzan diámetros 
promedio de 20 nm, empleando un molino de bolas o molino planetario. 
En particular, las ferritas sintetizadas en este trabajo de tesis fueron la ferrita de 
cobalto (CoFe2O4), la ferrita de níquel (NiFe2O4) y la ferrita de cobre (CuFe2O4), 
cada una de ellas presentan una estructura tipo espinela inversa. 
La ferrita CoFe2O4, presenta un comportamiento magnético muy distinto del resto 
de las espinelas ferrimagnéticas, ya que a diferencia de las otras espinelas, es 
magnéticamente dura; es decir, presenta coercitividad elevada. El momento 
magnético de la ferrita de cobalto proviene del balance entre los momentos 
magnéticos de los átomos de los sitios octaédricos y tetraédricos según la 
distribución catiónica. Posee una magnetización de saturación moderada, una 
temperatura de Curie de 790 K y es un buen aislante eléctrico a temperatura 
ambiente. Los materiales magnéticamente duros son capaces de retener la mayor 
parte de la energía con la que fueron saturados. Debido a su capacidad de 
almacenar energía son utilizados como fuente de campos magnéticos 
permanentes. A pesar de ser un material magnéticamente duro, la ferrita de 
cobalto no suele ser utilizada como imán permanente debido a que sus campos 
coercitivos no son tan elevados. 
La ferrita de Níquel también es una espinela inversa, solo que ésta presenta una 
distribución aleatoria de los iones de níquel y hierro sobre sus sitios octaédricos 
14 
 
con una ocupación específica de los sitios tetraédricos por iones de hierro. El 
contenido de una celda unitaria de ferrita de níquel no puede ser descrito con toda 
precisión, ya que para ocupar un sitio octaédrico existe una probabilidad de 0.5 
para ser ocupado por Ni2+ ó bien por Fe3+. 
Por otro lado, la ferrita de níquel NiFe2O4 es un material magnético suave, con una 
alta resistividad y una permeabilidad inicial relativamente baja. Tiene una 
constante de anisotropía magnetocristalina de -60.2 Kerg/cm3 y una temperatura 
de Curie de 858 K. A pesar de que su permeabilidad inicial y magnetización de 
saturación es baja, su alta resistividad eléctrica disminuye las pérdidas de energía 
que resultan significativas a altas frecuencias en materiales conductores. 
En cambio la ferrita de cobre CuFe2O4 es ferrimagnética con una temperatura de 
Curie de alrededor de 500°C. Presenta una estructura cúbica a temperaturas 
elevadas > 400 ° C y principalmente tetragonal a temperatura ambiente, además 
presenta una gran conductividad electrónica, gran estabilidad térmica. También se 
ha informado su aplicación en electrónica, como sensor, en laremoción de 
contaminantes en agua y en catálisis homogénea y heterogénea. 
Existe una gran diversidad de métodos para sintetizar dichas ferritas. En las 
siguientes tablas se resumen los métodos de síntesis empleados recientemente 
en la obtención de nanoferritas de CoFe2O4, NiFe2O4 y CuFe2O4. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
15 
 
Tabla 1. Métodos de síntesis empleados en la obtención de ferrita de cobalto 
Ferrita Método Referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CoFe2O4 
 
 
CoFe2O4 
 
 
Microemulsión micelar 
Tamaño de partícula: 
4-10 nm 
Synthesis of magnetic spinel 
ferrite CoFe2O4 nanoparticles 
from ferric salt and 
characterization of the size-
dependent superparamagnetic 
properties[12] 
 
Autocombustion Sol-Gel 
Tamaño de partícula: 
2-8 nm 
Synthesis and Characterization 
of CoFe2O4 Nanoparticles 
Dispersed in a Silica Matrix by 
a Sol−Gel Autocombustion 
Method[13] 
Descomposición Térmica 
Tamaño de partícula: 
promedio 6 nm 
Cationic distribution and spin 
canting in CoFe2O4 
nanoparticles[14] 
Nanoreactor Copolímero de 
bloque 
Promedio de radios 
atómicos: 4.8 + 1.4 nm 
Magnetic properties of 
CoFe2O4 nanoparticles 
synthesized through a block 
copolymer nanoreactor route[15] 
 
Coprecipitación 
Tamaño de partícula: 
4-10 nm 
Synthesis of magnetic spinel 
ferrite CoFe2O4 nanoparticles 
from ferric salt and 
characterization of the size-
dependent superparamagnetic 
properties[12] 
 
Hidrolisis en poliol 
Tamaño de partícula: 
2-8 nm 
Synthesis and Characterization 
of CoFe2O4 Nanoparticles 
Dispersed in a Silica Matrix by 
a Sol−Gel Autocombustion 
Method[13] 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
Tabla 2. Métodos de síntesis empleados en la obtención de ferrita de níquel 
Ferrita Método Referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NiFe2O4 
Sol-gel 
Tamaño de partícula: 
promedio de 10 nm 
Raman study of NiFe2O4 
nanoparticles, bulk and films: 
Effect of laser power[16] 
Método cerámico 
Tamaño de partícula:8-
97 nm 
Electrical conductivity and 
dielectric behaviour of 
nanocrystalline 
NiFe2O4 spinel[17] 
Método Citrato 
Tamaño de partícula: 
14-59 nm 
 
 
 
Characterization of NiFe2O4 
nanoparticles synthesized by 
various methods[18] 
Síntesis por ultrasonido 
(sonochemical process) 
 
Método de 
coprecipitación 
 
Mecanosíntesis 
 
Proceso Hidrotermal 
 
Complejación-
Precipitación 
Tamaño de partícula: 
alrededor de 14 nm 
 
Magnetic properties of NiFe2O4 
nanoparticles produced by a 
new chemical method[19] 
 
Ruta de sacarosa 
Tamaño de partícula: 
11-36 nm 
Synthesis and characterization of 
NiO and NiFe2O4nanoparticles 
obtained by a sucrose-based 
route[20] 
 
 
 
 
 
 
 
 
17 
 
Tabla 3. Métodos de síntesis empleados en la obtención de ferrita de cobre 
Ferrita Método Referencia 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CuFe2O4 
Técnica de temperatura 
de reacción programada 
(TPR) 
 
Kinetics of soot-O2, soot-NO and 
soot-O2-NO reactions over spinel-
type CuFe2O4 catalyst[21] 
Molino de bolas 
Tamaño de partícula: 
9-61 nm 
Magnetic properties of 
nanostructured CuFe2O4[3] 
 
Mecanosíntesis 
Tamaño de partícula: 
promedio de 10 nm 
Superparamagnetic transition and 
local disorder in 
CuFe2O4 nanoparticles[22] 
 
Método de citrato 
Tamaño de partícula: 
5-10 nm 
Magnetic CuFe2O4 Nanoparticles 
as an Efficient Catalyst for C-O 
Cross-Coupling of Phenols with 
Aryl Halides [23] 
Coprecipitación 
hidrotermal 
Tamaño de partícula: 
alrededor de 8 nm 
Low Temperature Experimental 
Investigation of Finite-Size and 
Surface Effects in 
CuFe2O4 Nanoparticles of 
Ferrofluids[24] 
 
Método eléctrico de 
doble capa (EDL-MF) 
Tamaño de particula: 
4-8 nm 
 
Electric Double Layered Magnetic 
Fluids (EDL-MF) Based on Spinel 
Ferrite Nanostructures 
 [(M+2(1-x)Fe+3x )]A 
[(Fe+3(2-x) M+2x )]BO4-2.[25] 
 
 
2.4 Espectroscopia Raman 
 
Una de las técnicas espectroscópicas más empleadas en la actualidad para 
caracterizar materiales como son las ferritas, es la espectroscopía Raman. Esta es 
una técnica de caracterización no destructiva la cual consiste en hacer incidir un 
haz de luz monocromático con una frecuencia definida sobre la muestra en 
estudio. Los cambios de la energía que se detectan en la espectroscopia 
vibracional como es Infrarrojo o Raman se deben a los modos rotacionales y 
vibracionales de la molécula; cada uno de los movimientos vibracionales y 
rotacionales de la molécula corresponderá un valor determinado de energía. La 
18 
 
incidencia de la luz monocromática sobre la muestra genera 2 tipos de 
dispersiones: la dispersión Rayleigh (elástica) y la dispersión Raman (inelástica). 
Este efecto fue descubierto por Chandrasekhara Raman (1888–1970), Físico Indú 
que obtuvo el premio Nobel en 1930 (Figura 8). 
 
Figura 8. Chandrasekhara Raman[27] 
 
El efecto Raman es el resultado de la dispersión inelástica de la luz al incidir en 
una sustancia. En este contexto, inelástica significa que la luz se dispersa con una 
longitud de onda distinta de la luz original. Dicho de otra forma, la luz dispersada 
es de un color distinto a la luz incidente. Este efecto es extremadamente pequeño 
si se compara con la dispersión elástica (con la misma energía de la luz original), 
denominada dispersión Rayleigh. El efecto Raman afectará a uno de cada diez 
millones de fotones. De ahí que su efecto en el agua (que dispersa la luz azul) 
sólo se vea con grandes cantidades de este líquido, en la figura 9 podemos 
observar una gráfica donde se representa la energía de cada dispersión. 
Esta dispersión inelástica ocurre cuando una molécula absorbe un fotón de luz en 
un estado concreto de energía, que luego emite para regresar a un estado distinto 
al inicial. Esta diferencia entre la luz absorbida y emitida depende de los estados 
de energía de la molécula (más concretamente, de sus estados rotacionales y 
vibracionales) por lo que es característica de cada sustancia, constituyendo una 
huella de identidad de la misma. 
19 
 
En física del estado sólido, la espectrometría Raman espontánea se utiliza para 
entre otras cosas, caracterizar los materiales, medir la temperatura, y encontrar la 
orientación cristalográfica de una muestra. 
Al igual que ocurre con moléculas individuales, un material sólido tiene modos de 
fonón característicos que pueden ayudar a identificarlo. Además, la espectrometría 
Raman se puede utilizar para observar otras excitaciones de baja frecuencia en 
los sólidos, como plasmones, magnones, y excitaciones de brecha en 
superconductores. 
La señal Raman espontánea proporciona información sobre la población de un 
modo fonón determinado en el rango entre la intensidad Stokes (desplazada hacia 
abajo) y anti-Stokes (desplazada hacia arriba). 
 
Figura 9 Diagrama energético en el que las líneas horizontales representan distintos 
estados vibracionales y en el que se muestran las transiciones entre estados energéticos 
para diferentes interacciones de luz[26] 
 
Para el estudio de este efecto se utilizan espectrofotómetros Raman. Dado que 
cada sustancia dispersa la luz de forma característica estos espectrofotómetros 
pueden utilizarse para la identificación de moléculas. En principio, una de las 
ventajas del uso de estos dispositivos es que al medir la luz dispersada no dañan 
el objeto bajo estudio. Los espectrofotómetros Raman pueden acoplarse a un 
microscopio para estudiar una zona concreta de una muestra, con una precisión 
de hasta la millonésima parte de un metro[28]. 
20 
 
Por otro lado, la espectrometría Raman ofrece varias ventajas para el análisis 
microscópico. Dado que se trata de una técnica de dispersión, las muestras no 
necesitan ser fijadas o seccionadas. Los espectros Raman pueden ser obtenidos a 
partir de un volumen muy bajo (<1 μm de diámetro); estos espectros permiten la 
identificación de especies presentes en ese volumen. El agua no interfiere de 
manera apreciable. Por lo tanto, la espectroscopiaRaman es adecuada para el 
examen microscópico de minerales, materiales como cerámica, polímeros, células 
y proteínas. Un microscopio Raman consiste de un microscopio óptico estándar 
con un láser generalmente He-Ne, un monocromador y un detector sensible (como 
un dispositivo de carga acoplada (CCD), o un tubo fotomultiplicador (PMT). 
La microscopía Raman y en particular la microscopía confocal, disponen de una 
resolución espacial muy alta. Por ejemplo, las resoluciones laterales y de 
profundidad son de 250 nm y 1.7 μm, respectivamente, utilizando un micro 
espectrómetro confocal Raman con la línea de 632.8 nm de un láser de He-Ne con 
una abertura de 100 μm de diámetro. 
Dado que las lentes objetivo de los microscopios enfocan el rayo láser a varios 
micrómetros de diámetro, el resultado del flujo de fotones es mucho mayor que los 
que se logran en las configuraciones Raman convencionales. Sin embargo, el alto 
flujo de fotones puede incrementar drásticamente la temperatura local, generando 
una degradación de la muestra y por esta razón algunas configuraciones requieren 
un sustrato que conduzca térmicamente (lo que actúa como un disipador de calor) 
a fin de mitigar este proceso[29]. No obstante la gran ventaja que presenta la 
espectroscopía Raman para caracterizar sistemas nanoestructurados como son 
óxidos y sulfuros inorgánicos, así como nanoestructuras de carbono, el calor local 
que se genera al hacer incidir el láser sobre la muestra, puede ser capaz de 
generar cambios de fase ó bien, calcinar la muestra. Por esta razón es que los 
materiales obtenidos en este trabajo de tesis serán estudiados en un ciclo de 20 a-
190 °C y de -190 a 20 °C, con la finalidad de estudiar la estabilidad de las ferritas. 
 
 
 
21 
 
3. Objetivos 
 
Sintetizar y caracterizar ferritas nanoestructuradas de cobalto (CoFe2O4), níquel 
(NiFe2O4) y cobre (CuFe2O4), a partir de un método sencillo económico y en 
condiciones suaves de reacción. 
Llevar a cabo un estudio detallado por espectroscopia Raman, en un intervalo de 
temperaturas de -190 a 25 °C, con el fin de estudiar la influencia de la temperatura 
en la estabilidad de la estructura de dichas ferritas. 
 
4. Hipótesis 
 
A partir de reacciones en estado sólido es posible obtener, de manera controlada 
nanoestructuras de ferritas. 
 
5. Procedimiento Experimental 
 
La primera parte de la tesis consistió en la síntesis de las ferritas de cobalto, 
níquel y cobre. Para lo cual se emplearon 1 X10-3 moles de las sales de acetato de 
Ni(II), Co(II) y Cu(II), respectivamente. Los productos obtenidos se separaron en 2 
partes iguales, los cuales llevarían un proceso térmico diferente. La primera parte 
se dejó a temperatura ambiente y la segunda parte se llevó a 600°C durante 2 
horas. Este procedimiento se llevó a cabo para cada uno de los sistemas 
obtenidos. Cada sistema se obtuvo por triplicado obteniendo resultados 
reproducibles. 
Todos los productos obtenidos fueron caracterizados por difracción de rayos X en 
polvo, espectroscopía Raman, espectroscopía de absorción electrónica 
Ultravioleta-Visible e Infrarrojo. Además, se llevó a cabo su caracterización 
magnética a partir de sus curvas de histéresis. 
La segunda parte de este trabajo consistió en llevar a cabo un estudio más 
detallado utilizando espectroscopia Raman, con el fin de estudiar la influencia de 
22 
 
la temperatura en la estabilidad de la estructura, en cada una de las ferritas 
sintetizadas. 
El estudio se llevó acabo utilizando una platina Linkan THMS 6000 la cual nos 
permitió trabajar en un intervalo de -190° a 20° centígrados. El estudio consistió en 
tomar 3 espectros variando la temperatura, empezamos a temperatura ambiente y 
de ahí se fue disminuyendo la temperatura progresivamente, de temperatura 
ambiente a 0° y de ahí bajamos cada 25°. Una vez alcanzada la temperatura se 
dejaba estabilizar 5 min y se tomaban 3 espectros respectivamente, una vez 
alcanzado los -190° C, se llevó a cabo el mismo procedimiento, pero aumentando 
la temperatura. 
5.1 Reactivos empleados en la síntesis de las ferritas 
 
• Acetato de cobre monohidratado, Cu(CH3COO)2▪H2O (Aldrich, 99.9%) 
P. M. 199.65 
• Acetato de níquel tetrahidratado, Ni(CH3COO)2▪4H2O (Aldrich, 99.9%) 
P. M. 248.84 
• Acetato de cobalto tetrahidratado, Co(CH3COO)2▪4H2O (Aldrich, 98%) 
P. M. 249.08 
• Acetilacetonato de hierro, Fe(C5H7O2)3 (Aldrich, 97%) P.M. 353.18 
• Hidróxido de potasio, KOH (Aldrich, 90%) P.M. 56.11 
• Acetona CH3COCH3 (Aldrich, grado ACS) 
 
5.2 Equipos empleados en la caracterización 
 
Los patrones de difracción de rayos-X de todas las muestras, se obtuvieron en un 
difractómetro Siemens D5000, con una radiación CuKα (λ=1.54060). La intensidad 
de la difracción fue medida entre 2.5° y 70°, con pasos de 0.02° de 2θ y 0.8 s por 
punto, del laboratorio de estado sólido de la Facultad de Estudios Superiores 
Cuautitlán, UNAM. 
23 
 
Los espectros RAMAN fueron obtenidos en un espectrofotómetro RAMAN 
Dispersivo Nicolet Almega XR con una cámara CCD, en el intervalo de 100 a 
18000 cm-1, con una resolución aproximadamente de 4 cm-1. El haz de excitación 
fue un láser Nd: YVO4 e 532 nm y potencial incidente de aproximadamente 3mW, 
del laboratorio de materiales y nanotecnología del CCADET-UNAM. Para la 
segunda parte del experimento se utilizó el mismo equipo y se adaptó una platina 
T Linkn THMS 600 en un intervalo de temperatura de 20° a -190° C. 
Los espectros de absorción UV- Visible se obtuvieron directamente en los polvos, 
empleando la técnica de reflectancia difusa, en un espectrofotómetro de fibra 
óptica, Ocean Optics modelo USB2000. 
Los ciclos de histéresis (figuras 19-21) de las tres ferritas estudiadas en este 
trabajo de tesis fueron obtenidos a 5 K en un magnetómetro de muestra vibrante 
modelo LDJ 96000, en el instituto de investigación de materiales. 
5.3 Síntesis de la ferrita de cobalto, CoFe2O4 
 
Se colocaron en mortero de ágata 1.34g de Co(CH3COO)2▪4H2O y 0.89g de 
Fe(C5H7O2)3 y se molieron durante 20 min hasta que la reacción tomo un color rojo 
obscuro. A la mezcla anterior se le agregaron 0.51g de KOH previamente molido, 
la molienda se continuó por 20 min más, hasta que se formó una pasta de color 
café marrón intenso. El producto obtenido se lavó y separó empleando el 
procedimiento previamente descrito y se calcinó a 600°C durante dos horas 
(Figura 10). En este caso la reacción general que se lleva a cabo es la siguiente: 
 
Co(CH3COO)2 + 2 Fe(C5H7O2)3 + 8 KOH → CoFe2O4 + 2K(CH3COO) + 6K(C5H7O2) + 4H2O 
 
*Nota: las sales de acetato y de acetil acetonato de potasio son eliminadas con 
los lavados de agua y acetona. 
 
 
 
 
 
24 
 
 
Figura 10. Ferrita de cobalto, CoFe2O4 
 
5.4 Síntesis de la ferrita de níquel, NiFe2O4. 
 
Se colocaron en mortero de ágata 1.33g de Ni(CH3COO)2▪4H2O y 0.89g de 
Fe(C5H7O2)3 y se molieron durante 20 min hasta que la reacción adquirió un color 
obscuro, entonces se agregaron a la mezcla de reacción 0.51g de KOH 
previamente molido, la molienda continuó por 20 min más, hasta que se formó una 
pasta de color café marrón intenso. El producto obtenido se lavó y separó 
empleando el procedimiento previamente descrito y se calcinó a 600°C durante 
dos horas (figura 11). En este caso la reacción general que se lleva a cabo es la 
siguiente: 
 
Ni(CH3COO)2 + 2 Fe(C5H7O2)3 + 8 KOH → NiFe2O4 + 2K(CH3COO) + 6 K(C5H7O2) + 4 H2O 
 
 
Figura 11. Ferrita de níquel, NiFe2O4 
25 
 
5.5 Síntesis de la ferrita de cobre, CuFe2O4. 
 
1.32g de Cu(CH3COO)2▪H2O y 0.91g de Fe(C5H7O2)3 se molieron en un mortero 
de ágata durante 20 min, tiempo en que la mezcla de reacción tomo un tono 
obscuro, posteriormente se adicionaron 0.51g de KOH previamente triturado. La 
molienda se continuó por 20 min más, hasta que se formó una pasta de color café 
marrón intenso. El producto obtenido se lavó 5 veces con agua destilada y 5 vecescon acetona, separando en cada ocasión por centrifugación. El producto obtenido 
se lavó y separó empleando el procedimiento previamente descrito y se calcinó a 
600°C durante dos horas (figura 11). En este caso la reacción general que se lleva 
a cabo es la siguiente: 
 
En este caso la reacción general que se lleva a cabo es la siguiente: 
 
Cu(CH3COO)2 + 2 Fe(C5H7O2)3 + 8 KOH → NiFe2O4 + 2K(CH3COO) + 6 K(C5H7O2) + 4 H2O 
 
 
Figura 12. Ferrita de cobre, CuFe2O4 
 
 
 
 
 
 
26 
 
6. Resultados y Discusion 
 
6.1 Caracterización 
 
6.1.1 Difracción de Rayos X 
 
Se obtuvieron los patrones de DRX en polvo de las ferritas de cobre níquel y 
cobalto (Figuras 13-15), obtenidas por mecanosíntesis, después de lavar y 
calentar a 600 °C por dos horas. En los 3 casos los picos de difracción 
corresponden a las espinelas de CoFe2O4 (JCPDS 22-1086), NiFe2O4 (JCPDS 
No.74-2081) y CuFe2O4 (JCPDS No.77-0010). 
Adicionalmente en los patrones de difracción de rayos X de las ferritas de cobalto 
y cobre se observan reflexiones correspondientes a la espinela de cobalto (Co3O4 , 
JCPDS 73-1701) y al óxido cúprico, tenorita (CuO, JCPDS 80-1268), 
respectivamente. 
 
 
Figura 13. Patrón de DRX en polvo de la ferrita CoFe2O4, obtenida 
por mecanosíntesis y calentada a 600°C 
 
20 30 40 50 60 70
0
200
400
600
800
(4
0
0
)
(2
2
2
)
 
 
In
te
n
s
id
a
d
 r
e
la
ti
v
a
 (
u
. 
a
.)
2
CoFe
2
O
4
(2
2
0
)
(3
1
1
)
(2
2
2
)
(4
0
0
)
(4
2
2
)
(5
1
1
)
(4
4
0
)
(5
3
1
)
(22-1086)
(2
2
0
)
Co
3
O
4 (42-1467)
27 
 
 
Figura 14. Patrón de DRX en polvo de NiFe2O4, obtenida 
por mecanosíntesis y calentada a 600°C 
 
 
Figura 15. Patrón de DRX en polvos de CuFe2O4 obtenida 
por mecanosíntesis y calentada a 600°C 
 
 
20 30 40 50 60 70
0
10
20
30
40
50
60
 
In
te
n
s
id
a
d
 r
e
la
ti
v
a
 (
u
.a
.)
2
NiFe2O4
(1
1
1
)
(2
2
0
)
(3
1
1
)
(4
0
0
)
(3
3
1
)
(4
2
2
) (
5
1
1
)
(4
4
0
)
(74-2081)
 
20 30 40 50 60 70
0
20
40
60
80
100
*
 
 
In
te
n
s
id
a
d
 r
e
la
ti
v
a
 (
u
.a
.)
2
CuFe
2
O
4
(2
2
0
)
(3
1
1
)
(4
0
0
)
(5
1
1
)
(4
4
0
)
(77-0010)
(1
1
1
)
(4
2
2
)
CuO
*
 (89-5895)
28 
 
Los diámetros promedio de las nanoestructuras de dichas ferritas se determinaron 
a partir del pico de difracción más intenso, correspondiente al plano (311) 
mostrados en la tabla 4. 
Para determinar el diámetro promedio de todas las nanoparticulas obtenidas, se 
empleó la ecuación clásica de Scherrer-Warren: 
 
 𝛽 =
1
2
(2𝜃2 − 2𝜃1) 
𝐵 = 𝛽 → 𝑟𝑎𝑑 
𝜃 = ( 
𝛽 + 2𝜃1
2
) 
𝑑 = 
𝜅 ∗ 𝜆
𝐵𝑐𝑜𝑠𝜃
 
En donde: 
Θ= Angulo de difracción 
β = ancho total de pico 
B= ancho de pico en radianes, 1° (grado) = 1.74x10-2 
D= diámetro de partícula 
κ = constante del equipo = 0.9 
λ = Longitud de onda de rayos x = 1.5406Ǻ 
 
Tabla 4. Diámetros calculados para las ferritas nanoestructuradas. 
CoFe2O4 
(311) 41.7 nm 
NiFe2O4 
(311) 11.8 nm 
CuFe2O4 
(311) 16.7 nm 
 
 
 
29 
 
6.1.2 Caracterización por espectroscopía de absorción electrónica 
(UV-Visible) 
 
Como parte de parte de la caracterización de las ferritas sintetizadas, se llevó a 
cabo el estudio de éstas por espectroscopía de absorción electrónica en la región 
UV-Visible, empleando la técnica de reflectancia difusa. En los espectros de UV- 
Vis de los polvos de las nanoestructuras obtenidas, se observan bandas de 
absorción muy anchas que son las envolventes de algunas transiciones 
electrónicas, fundamentalmente del estado basal (banda de valencia) a un estado 
excitado (banda de conducción) y no propiamente a transiciones electrónicas de 
tipo d-d (Figura 16). La banda de absorción correspondiente a la ferrita de cobalto, 
CoFe2O4, absorbe en todo el visible ya que es un polvo negro. Por otro lado, las 
ferritas de níquel y cobre al ser compuestos rojizos, presentan espectros muy 
similares. En particular los óxidos de Fe(III), presentan transiciones electrónicas 
atribuidas a: (i) transferencias de carga ligante-metal, por debajo de 270 nm y (ii) 
transiciones electrónicas debidas a la excitación simultánea de cationes Fe(III) 
adyacentes, acoplados magnéticamente, 6A1 + 6A1→4T1(4G) + 4T1(4G), entre 485 y 
550 nm. 
 
Figura 16. Espectros de absorción UV-Vis de las ferritas de 
cobalto, níquel y cobre 
 
200 300 400 500 600 700 800
 
 
  (nm)
A
b
so
rb
a
n
ci
a
 (
u
. 
a
)
 CoFe
2
O
4
 NiFe
2
O
4
 CuFe
2
O
4
30 
 
6.1.3 Caracterización por espectroscopía infrarroja (IR) 
 
Los espectros de IR de las ferritas inversas presentan dos modos vibracionales 
característicos. El primero (1) se observa de 550 cm-1 a 600 cm-1 y corresponde a 
la vibración de flexión del enlace M-O en los sitios tetraédricos. Por otro lado, entre 
365 cm-1 y 470 cm-1 se observa la vibración de flexión del enlace M-O en los sitios 
octaédricos (2). Las ferritas nanoestructuradas obtenidas en este trabajo de tesis 
presentan señales IR en (1) 590 cm-1 y (2) 471 cm-1 para CoFe2O4, (1) 593 
cm-1 y (2) 472 cm-1 para NiFe2O4 y (1) 594 cm-1 y (2) 474 cm-1 para CuFe2O4 
(figura 18). Es evidente que la sustitución de Co2+, Ni2+ ó Cu2+ tiene un efecto en el 
enlace Fe
3+
-O
2-
 tanto de los sitios octaédricos cómo de los tetraédricos. En general 
se espera un decremento en el número de onda conforme el radio iónico se 
incrementa. Sin embargo, en este caso no es tan evidente debido a que los radios 
iónicos son muy similares, Co2+ (88.5 pm), Ni2+ (83 pm) y Cu2+ (87pm). 
 
 
Figura 17. Espectros de Infrarrojo de las ferritas de Co, Ni y Cu. 
 
 
1200 1000 800 600 400
50
60
70
80
 
 
%
 T
ra
n
s
m
it
a
n
c
ia
(cm
-1
)
 NiFe2O4
 CuFe2O4
 CoFe2O4
590
593
594 474
471
472
31 
 
6.1.4 Caracterización magnética 
 
Los ciclos de histéresis (figuras 19-21) de las tres ferritas estudiadas en este 
trabajo de tesis, fueron obtenidos a 5 K en un magnetómetro de muestra vibrante 
modelo LDJ 96000, en el instituto de investigación de materiales. Todas las ferritas 
muestran un comportamiento ferrimagnético. Se puede observar que los valores 
de magnetización máxima son de 30 emu/g para CoFe2O4, 27.04 emu/g para 
NiFe2O4 y 41 emu/g para CuFe2O4. Por otro lado, los campos coercitivos entre 1 y 
0.6 kOe para las ferritas de níquel y cobre, respectivamente, parecen pequeños, 
pero en realidad son consistentes con la temperatura, excepto para la ferrita de 
cobalto, que es muy dura. En este caso el campo coercitivo es del orden de 14 
kOe, entre los más grandes para ferrita de cobalto. En el ciclo de histéresis de 
esta última es evidente la presencia de la espinela de cobalto (Co3O4), que es una 
fase magnética mucho más suave, lo que provoca los cambios a campos 
pequeños, alrededor de la remanencia. 
 
Figura 18. Curva de histéresis de la ferrita de cobalto 
 
 
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
-30
-20
-10
0
10
20
30
M
(e
m
u
/g
)
H(kOe)
CoFe
2
O
4
5K
32 
 
 
 
Figura 19. Curva de histéresis de la ferrita de níquel 
 
 
 
 
Figura 20. Curva de histéresis de la ferrita de cobre 
 
 
 
 
 
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
-30
-20
-10
0
10
20
30
 
M
(e
m
u
/g
)
H(kOe)
T = 5 K
NiFe
2
O
4 
-2 -1 0 1 2
-6
0
6
 
 
 
 
 
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30
-40
-20
0
20
40
M
(e
m
u
/g
)
H(kOe)
CuFe
2
O
4
5K
 
-2 0 2
-9
0
9
33 
 
 6.1.5 Espectroscopia Raman 
 
 La estructura de espinela pertenece al grupo espacial Fd3̅m y presenta los 
siguientes modos vibracionales: 
Γ=A1g + Eg + T1g + 3T2g + 2A2u + 2Eu + 5T1u + 2T2u 
De éstos, los modos con simetría T1u son activos en IR mientras que aquellos con 
simetría A1g+Eg+3F2g, son activos en Raman. 
La banda con simetría F2g (1) alrededor de 270 cm-1 se ha asignado a la traslación 
completa del tetraedro. Las bandas en 340 y 540 cm-1 con simetría Eg y F2g(3) 
respectivamente, han sido asignadasa la flexión simétrica y asimétrica del enlace 
hierro-oxígeno en posiciones tetraédricas, [Fe-O]td. Por otro lado, la banda situada 
en 480 cm-1 con simetría F2g (2) se atribuye al estiramiento asimétrico del mismo 
enlace. Finalmente, la banda situada alrededor de 678 cm-1 con simetría A1g se 
debe al estiramiento simétrico de los átomos de oxígeno a lo largo de los enlaces 
[Fe-O]td. En la figura 21 se presentan los espectros Raman de las ferritas de 
cobalto, níquel y cobre. Sus correspondientes desplazamientos Raman en cm-1 se 
presentan en la tabla 5. 
 
 
Figura 21. Raman de las Ferritas de Ni, Cu y Co 
(A) A1g, (B) F2g(3), (C) F2g(2),(D)Eg, y (E)F2g(1) (C) F2g(2),(D)Eg, y (E)F2g(1) 
 
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
*
*
*
**
*E
E
D
D
C
C
B
B
 A
 A
 
 
In
te
n
s
id
a
d
 r
e
la
ti
v
a
 (
u
. 
a
.)
Desplazamiento Raman (cm-1)
 NiFe
2
O
4
 CuFe
2
O
4
 CoFe
2
O
4
A
B
C
D
E
*
34 
 
Tabla 5. Modos vibracionales de las ferritas de cobalto, níquel y cobre. 
 
 
F2g(1) 
 
Eg F2g(2) F2g(3) A1g 
 
CoFe2O4 
 
272 349 449 535 662 
 
NiFe2O4 
 
275 336 480 542 678 
 
CuFe2O4 
 
266 364 480 542 678 
 
En el espectro Raman de la ferrita de níquel se observan cinco señales con 
formas asimétricas, con hombros situados hacia la región de menor energía, por lo 
que cada pico puede ser visto como un doblete. Las señales adicionales se han 
asignado a la presencia de átomos no equivalentes en los sitios tetraédricos. 
A nivel microscópico la estructura de NiFe2O4 puede considerarse como la mezcla 
de dos subredes con Fe3+ and Ni2+. 
Sin embargo, en muestras nanocristalinas la asimetría puede deberse, 
parcialmente al confinamiento y a la distribución de tamaños de las 
nanopartículas, lo cual puede ocurrir en dicha nanoferrita ya que presenta un 
diámetro promedio de 11.8 nm. 
Por otro lado, en el espectro Raman de la ferrita de cobalto (figura 22) las señales 
se observan ensanchadas, probablemente debido a la contribución del óxido de 
cobalto (Co3O4), observado en el patrón de difracción de rayos-X de la ferrita 
CoFe2O4 (figura 21). Es importante mencionar que el Co3O4 también presenta 5 
señales Raman con simetrías A1g+Eg+3F2g, al igual que la ferrita de cobalto, 
CoFe2O4, ya que ambas adoptan la estructura de espinela. En la figura 23 se 
comparan los espectros Raman de las nanopartículas de dichas espinelas. El 
espectro Raman de las nanopartículas de 16 nm, de la espinela Co3O4, fue 
obtenido previamente en el laboratorio de la Dra. Vázquez[10]. 
35 
 
200 300 400 500 600 700
E
g
F
2g
F
2g
F
2g
 
 
Desplazamiento Raman (cm-1)
 Co3O4
 CoFe2O4
In
te
n
s
id
a
d
 (
u
. 
a
.)
A
1g
 
Figura 22. Espectro Raman de las nanopartículas de ferrita de cobalto 
y de la espinela de cobalto 
 
Como se pudo observar en el patrón de difracción de rayos-X de la ferrita de 
cobre, también se presenta una reflexión debida al plano (111) del óxido cúprico. 
Dicho óxido presenta una estructura monoclínica y pertenece al grupo espacial 
C62h. Presenta los siguientes modos vibracionales: 
= 4Au + 5Bu + Ag + 2Bg 
de los cuales, tres son modos acústicos (Au + 2Bu), seis son activos en infrarrojo 
(3Au + 3Bu) y tres son modos activos en Raman (Ag + 2Bg), con señales en 292, 
338 y 630 cm -1, respectivamente. En la figura 23 se comparan los espectros 
Raman de las nanopartículas de 7.6 nm de CuO, obtenidas previamente en el 
laboratorio de la Dra. Vázquez[10], y de la ferrita de cobre, CuFe2O4, obtenida en 
este trabajo de tesis. En dicha figura se puede apreciar que la señal con simetría 
Ag, debida al CuO no se observa, mientras que las dos señales con simetría Bg 
pudieran estar cubiertas por el espectro de la ferrita de cobre, lo que favorecería 
que éstas se vieran ensanchadas. 
36 
 
 
Figura 23. Espectros Raman de las nanopartículas de ferrita de cobre 
 y del óxido cúprico 
 
6.1.5.1 Estudio Raman a diferentes temperaturas 
 
Se llevó a cabo la obtención de los espectros Raman en el intervalo de 
temperaturas de 20°C a -190°C y posteriormente de -190°C a 20°C, para cada 
una de las ferritas de CoFe2O4, NiFe2O4 y CuFe2O4, con la finalidad de estudiar la 
estabilidad de las fases de dichos sistemas. 
Se eligió la señal Raman con simetría A1g, por ser la señal característica y más 
intensa de las ferritas en fase cúbica, Se graficó su comportamiento en función de 
la temperatura. En la figura 24 se presentan dichas gráficas para cada uno de los 
sistemas obtenidos, en donde se puede observar que las ferritas de cobalto y de 
níquel básicamente siguen el mismo comportamiento al bajar (de 20 a -190 °C) y 
subir (de-190 a 20 °C) la temperatura. Dicho comportamiento sugiere que no 
existen cambios estructurales en dichas ferritas, manteniéndose la estructura 
cúbica en todo el intervalo de temperaturas. Sin embargo, la ferrita de cobre 
presenta una clara diferencia en los valores de la señal Raman con simetría A1g. 
En este caso dicha diferencia puede deberse a la contribución del espectro Raman 
del óxido de cobre (CuO), el cual presenta unan estructura cristalina monoclínica. 
 
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
(630)(328)
B
gBg
 
 
desplazamiento Raman (cm-1)
 CuO
 CuFe
2
O
4
A
g
(292)
In
te
n
s
id
a
d
 (
u
. 
a
.)
37 
 
Este hecho hace que las señales Raman se observen ensanchadas y que el 
comportamiento al enfriar y calentar, sea diferente. En la tabla 4 se representa la 
diferencia de los valores registrados de la señal A1g para cada sistema. 
 
 
Figura 24. Señal Raman con simetría A1g y su comportamiento en función de la 
temperatura 
 
 
 
 
 
 
 
-200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25
620
640
660
680
700
720
 
 
 -190 a 20
20 a -190
P
o
s
ic
io
n
 d
e
 l
a
 b
a
n
d
a
 R
a
m
a
n
 c
o
n
 s
im
e
tr
ia
 A
1
g
Temperatura (°C)
CoFe
2
O
4
 
-200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25
620
640
660
680
700
720
 
 
-190 a 20
 20 a -190
P
o
s
ic
io
n
 d
e
 l
a
 b
a
n
d
a
 R
a
m
a
n
 c
o
n
 s
im
e
tr
ia
 A
1
g
Temperatura (°C)
NiFe
2
O
4
 
-200 -175 -150 -125 -100 -75 -50 -25 0 25
620
640
660
680
700
720
 
 
 -190 a 20
 20 a -190
P
o
s
ic
io
n
 d
e
 l
a
 b
a
n
d
a
 R
a
m
a
n
 c
o
n
 s
im
e
tr
ia
 A
1
g
Temperatura (°C)
CuFe2O4
38 
 
Tabla 6. Valores absolutos de la diferencia de las posiciones de la señal Raman 
en cm-1, con simetría A1g de las diferentes ferritas en el intervalo de temperatura 
de 20 a -190 °C 
Diferencia de las posiciones de la señal (A1g) Raman en cm-1 
Temperatura (°C) CoFe2O4 NiFe2O4 CuFe2O4 
20 2 0 21 
0 2 7 22 
-25 6 4 23 
-50 4 7 17 
-75 4 4 25 
-100 4 5 21 
-125 6 9 12 
-150 0 4 17 
-175 6 4 18 
-190 2 7 23 
 
Las diferencias observadas en cada uno de estos sistemas se deben a que los 
cationes divalentes; Co2+, Ni2+ y Cu2+, que están ocupando sitios octaédricos, 
presentan un radio iónico diferente. Si tomamos en cuenta los datos de la tabla 5, 
se puede observar claramente que el radio iónico de dichos cationes, con número 
de coordinación 6 siguen el orden; Co(II) (79pm) = Fe(III) ˂ Ni(II) (83 pm) ˂ Cu(II) 
(87 pm). Por lo tanto, es de esperar que la ferrita de cobre sea la que presente una 
estructura cúbica más distorsionada, probablemente hacia una estructura 
tetragonal. La simetría tetragonal se debe a la distorsión tetragonal de los 
octaedros CuIIO6, esto se puede explicar por que existe un desplazamiento 
continuo de Fe por Cu en las posiciones tetraédricas, dando lugar a un 
alargamiento de los octaedros CuO6 y un achatamiento de los tetraedros (figura 
26). 
39 
 
 
 
Figura 25. Simetría cúbica y tetragonal 
 
Tabla 7. Radios Iónicos efectivos 
Radios Iónicos Efectivos 
Elemento No. Coordinación Radio Iónico pm 
Fe3+ 4 63 
6 79 
Co2+ 4 72 
6 79 
Ni2+ 4 69 
6 83 
Cu2+ 4 71 
6 87 
 
 
7.Conclusiones 
 
• Se obtuvieron ferritas nanoestructuradas de Cobalto (CoFe2O4), Níquel(NiFe2O4) y Cobre (CuFe2O4) utilizando un método de síntesis sencillo en 
ausencia de disolventes. Las ferritas presentaron un tamaño de partícula 
promedio de 41.7 nm para CoFe2O4, 11.8 nm para NiFe2O4 y de 16.7 nm 
para CuFe2O4. 
• La caracterización de todas las nanoestructuras a partir de la difracción de 
rayos X, las espectroscopias de Infrarrojo, UV-Visible y Raman, confirman 
como fases mayoritarias a las espinelas inversas de cobalto, níquel y cobre. 
40 
 
• La ferrita de cobalto no se obtuvo como fase única ya que en el 
difractograma de rayos-X en polvo, se puede observar la difracción debida 
a planos correspondientes a la espinela del óxido de cobalto, Co3O4. Sin 
embargo, en el estudio Raman a diferentes temperaturas no se observa 
ningún cambio en la estructura, ya que tanto la ferrita de cobalto como el 
óxido de cobalto son espinelas inversas con una estructura cristalina 
cúbica.La influencia del Co3O4 es más evidente en las propiedades 
magnéticas del sistema, ya que se observa éste en la curva de histéresis 
magnética, como una fase más suave, lo que provoca los cambios a 
campos pequeños, alrededor de la remanencia. 
• Por otro lado, la ferrita de níquel (NiFe2O4) se obtuvo como fase única y el 
estudio Raman a diferentes temperaturas no muestra que existan cambios 
en su estructura. Su correspondiente curva de histéresis magnética muestra 
un comportamiento ferrimagnético. 
• Finalmente, en el difractograma de rayos X en polvo de la ferrita CuFe2O4 
también se observa la reflexión del plano (111) del óxido cúprico CuO. En el 
estudio Raman a diferentes temperaturas de dicho sistema, se observa 
claramente como la estructura cúbica de la ferrita se distorsiona con la 
temperatura hacia una estructura tetragonal debido a los alargamientos de 
los octaedros CuO6 y una compresión de los tetraedros. 
• La presencia del CuO parece no influir de manera importante en el estudio 
Raman, ni en las propiedades magnéticas (ferrimagnéticas) de la ferrita de 
cobre, ya que éste es un material paramagnético el cual presenta señales 
magnéticas muy débiles. 
• A partir del estudio Raman que se realizó en este trabajo de tesis, podemos 
concluir que la estructura cúbica es muy estable. Sin embargo, es muy 
importante no perder de vista, que a pesar de que la espectroscopía Raman 
se considera una técnica no destructiva, el calentamiento puntual 
provocado por el rayo láser puede llegar a modificar la fase cristalina de la 
muestra ó incluso quemarla. 
 
41 
 
8. Referencias Bibliográficas 
 
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[26]. Fundamentos de Espectroscopía Raman. 
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[27]. The Famous People. C.V. Raman Biography. 
http://www.thefamouspeople.com/profiles/c-v-raman-5318.php. 
[28]. Peris, G. El caso Pollock-Matter y el azul del mar. (2016). 
[29]. Espectrometra raman. 
http://www.espectrometria.com/espectrometra_raman. 
43 
 
9. APENDICES 
 
9.1 Tarjetas cristalográficas empleadas en la caracterización de las ferritas 
 
Figura 26 Ficha cristalográfica # 221086 correspondiente a la ferrita de cobalto CoFe2O4 
 
 
 
Figura 27 Ficha cristalográfica #742081 correspondiente a la ferrita de níquel NiFe2O4 
 
 
 
 
44 
 
Figura 28 Ficha cristalográfica # 770010 correspondiente a la ferrita de cobre CuFe2O4 
 
 
 
 
Figura 29 Ficha cristalográfica # 421467 correspondiente a espinela de cobalto Co3O4 
 
 
 
 
 
 
 
45 
 
Figura 30 Ficha cristalográfica # 895895 correspondiente al oxido cúprico o 
tenorita CuO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
'" PCPOFWIN - (POF ~ 895895, Wavt'lt'ngth _ 1.54060 (Al] 
46 
 
9.2 Valores de 2 para todos los compuestos obtenidos 
 
Valores de 2θ para la ferrita decobalto, CoFe2O4 
 
CoFe2O4 
Plano 220 311 222 400 422 511 440 531 
Posición 
(2θ) 
30.17 35.4 37.05 43.05 53.44 56.97 62.58 65.75 
 
Valores de 2θ para la espinela de cobalto, Co3O4 
 
Co3O4 
Plano 111 220 311 400 511 440 442 533 
Posición 
(2θ) 
4.66 2.85 2.43 2.02 4.55 1.42 1.34 1.23 
 
Valores de 2θ para la ferrita de cobre, CuFe2O4 
 
CuFe2O4 
Plano 220 311 400 422 511 440 
Posición 
(2θ) 
2.95 2.52 2.09 1.70 1.61 1.47 
 
Valores de 2θ para el óxido de cobre, CuO 
 
CuO 
Plano 111 200 202 022 
Posición 
(2θ) 
2.32 2.3 1.86 1.41 
 
	Portada 
	Índice
	1. Resumen
	2. Antecedentes
	3. Objetivos 4. Hipótesis 5. Procedimiento Experimental
	6. Resultados y Discusión
	7. Conclusiones
	8. Referencias Bibliográficas
	9. Apéndices